一种应用于相变蓄冷装置的3D均热板结构及其制作方法与流程

一种应用于相变蓄冷装置的3d均热板结构及其制作方法
技术领域
1.本发明涉及相变传热强化及均温板技术领域，具体涉及一种应用于相变蓄冷装置的3d均热板结构及其制作方法。


背景技术：

2.随着激光、红外探测等短时、间歇性工作器件的发展和广泛应用，相应的相变蓄冷装置也得到了快速发展。典型的相变蓄冷装置主要包括壳体、相变工质(一般为石蜡)、相变强化传热结构等，是利用相变工质的相变潜热来吸收器件产生的热量，保证激光、红外等热源器件的可靠工作。
3.目前相变强化传热结构多采用常规铝翅片、泡沫铜、泡沫石墨等方式进行传热强化，但受限于强化传热结构材料本身的传热限制，整体强化效果有限，对于需要快响应的蓄冷装置来说，传热瓶颈的限制更为突出，直接影响整个蓄冷装置的性能。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种应用于相变蓄冷装置的3d均热板结构及其制作方法，该均热板结构能够利用相变传热的高速热导率实现3d的强化传热。
5.为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
6.一种应用于相变蓄冷装置的3d均热板结构，包括强化传热壳体和安装在强化传热壳体顶部的盖板。强化传热壳体为整体加工成型的异形结构，内外表面接触面积大。所述强化传热壳体和盖板形成异形密闭空间，且异形密闭空间内设有采用铝粉烧结成型的3d毛细芯。
7.进一步的，所述强化传热壳体和盖板均采用铝合金材质。
8.进一步的，所述强化传热壳体上安装有均热板工质充注管。
9.本发明还涉及一种上述应用于相变蓄冷装置的3d均热板结构的制作方法，该方法包括以下步骤：
10.(1)采用数控精密加工方式分别加工好盖板、强化传热壳体和均热板工质充注管。
11.(2)将均热板工质充注管焊接在强化传热壳体上，得到壳体组件。
12.(3)在强化传热壳体中填充直径为30-100微米的铝粉，得到填充有铝粉的壳体组件。
13.(4)将填充有铝粉的壳体组件置于烧结炉中进行烧结，工作温度控制在550-600℃，时间为8-10小时，烧结完成后铝粉呈蜂窝状的3d毛细芯，并与强化传热壳体结合在一起，形成烧结好的壳体组件。
14.(5)将烧结好的壳体组件与盖板装配好，采用工装进行限位、固定，然后置于钎焊炉中对壳体组件和盖板进行焊接，形成3d均热板结构。
15.(6)将焊接好的3d均热板结构进行抽真空，并在抽真空结束后通过均热板工质充注管向3d均热板结构中充入一定的工质，所述工质为去离子水。
16.和现有技术相比，本发明的优点为：
17.(1)本发明构建了一种新的基于铝粉结构烧结芯的整体式3d均热板强化传热结构，利用所述异形密闭空间内的工质气液相变传热实现强化传热，满足相变蓄冷装置的快速传热需求和热源器件的温度控制需求。
18.(2)本发明所述3d均热板结构应用于相变蓄冷装置时，首先将3d均热板结构、相变蓄冷装置壳体和相变工质充注管装配到一起，连接处可采用电子束焊或搅拌摩擦焊进行封口，形成相变蓄冷装置结构，所述结构制作完成后充注相变工质，如石蜡，形成相变蓄冷装置。
19.(3)本发明所述3d均热板结构，利用所述异形密闭空间内的工质气液相变传热实现强化传热，提高强化传热壳体的导热系数，改善盖板上的热源温度，同比热源最高温度可降低5～8℃。
附图说明
20.图1是本发明中的3d均热板结构的结构示意图；
21.图2是本发明中的3d均热板结构应用于相变蓄冷装置时的剖视图。
22.其中：
23.1、盖板，2、强化传热壳体，3、3d毛细芯，4、均热板工质充注管，5、相变蓄冷装置壳体，6、相变工质充注管，7、相变工质。
具体实施方式
24.下面结合附图对本发明做进一步说明：
25.如图1-图2所示的一种应用于相变蓄冷装置的3d均热板结构，包括强化传热壳体2和安装在强化传热壳体2顶部的盖板1。强化传热壳体2是一个整体加工成型的异形结构，表面积大，强化传热壳体的顶部设有开口，盖板安装在强化传热壳体的顶部开口处。强化传热壳体2和盖板1形成异形密闭空间，即围成一个空腔，且该异形密闭空间内设有采用铝粉烧结成型的3d毛细芯。所述异形结构包括横向条状区域和间隔设置在横向条状区域下方的若干纵向条状区域，所述纵向条状区域与横向条状区域相连通。图1中45度角剖面线所示区域即为异形结构。优选的，所述横向条状区域和纵向条状区域均为长方体状空腔。所述异形密闭空间为异形结构与盖板围成的空腔，图1和图2中的圆点填充区域即为异形密闭空间。
26.进一步的，所述3d毛细芯3采用整体烧结结构，具体地说，所述3d毛细芯3采用铝粉烧结成型，烧结完成后的铝粉呈蜂窝状，并与强化传热壳体2结合在一起，形成烧结好的壳体组件。
27.进一步的，所述强化传热壳体2和盖板1均采用铝合金材质，铝合金导热率高，密度小。通过在盖板1与强化传热壳体2形成的相对封闭空间内填充铝粉，铝粉烧结成型后形成3d毛细芯结构，有助于盖板1上热量的多维度热量传递，传热效果好。
28.进一步的，所述强化传热壳体2是一个整体加工成型的异形结构，表面积大。
29.进一步的，所述强化传热壳体2上安装有均热板工质充注管4。
30.本发明还涉及一种上述应用于相变蓄冷装置的3d均热板结构的制作方法，该方法包括以下步骤：
31.(1)采用数控精密加工方式分别加工好盖板1、强化传热壳体2和均热板工质充注管4。
32.(2)将均热板工质充注管4焊接在强化传热壳体2上，得到壳体组件。
33.(3)在强化传热壳体2中填充直径为30-100微米的铝粉，得到填充有铝粉的壳体组件。
34.(4)将填充有铝粉的壳体组件至于烧结炉中进行烧结，工作温度控制在550-600℃，烧结时间为8-10小时，烧结完成后的铝粉为呈蜂窝状的3d毛细芯，并与强化传热壳体2结合在一起，形成烧结好的壳体组件。
35.(5)将烧结好的壳体组件与盖板1装配好，采用工装进行限位、固定，然后置于钎焊炉中对烧结好的壳体组件和盖板进行焊接，形成3d均热板结构。
36.(6)将焊接好的3d均热板结构进行抽真空，并在抽真空结束后通过均热板工质充注管4向3d均热板结构中充入一定的工质，之后进行压接封口。
37.本发明利用所述异形密闭空间内的工质气液相变实现强化传热，满足相变蓄冷装置的快速传热需求和热源器件的温度控制需求。如图2所示，本发明所述的3d均热板结构与相变蓄冷装置壳体5和相变工质充注管6装配到一起，连接处可采用电子束焊或搅拌摩擦焊进行封口，形成相变蓄冷装置结构，所述相变蓄冷装置结构制作完成后充注相变工质7，如石蜡，形成相变蓄冷装置。本发明利用异形密闭空间内的工质气液相变实现强化传热。异形密闭空间内的工质吸收盖板处的热端吸收热量，由液相转化为气相，在强化传热壳体底部的冷端释放热量，由气相转化为液相，通过3d毛细芯的毛细力把液相工质输运回盖板处的热端，借助工质气液相变快速传递大量的热量，实现快速传热。所述3d毛细芯，既可以实现沿盖板平面方向的快速传热，又可以实现沿垂直盖板平面方向的快速传热。相比传统的均温板只能实现平面内热量传递，本发明所述的3d均热板结构可以实现热量的多维度、快速传递。相比传统纯铝合金材料的强化传热结构，本发明所述的3d均热板结构导热系数更好，满足相变蓄冷装置的快速传热需求和热源器件的温度控制需求。此外，本发明所述3d均热板结构的制备方法，包括加工、填粉、烧结、焊接、注液环节，成本较低，且具备较好的应用前景。
38.以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种应用于相变蓄冷装置的3d均热板结构，其特征在于：包括强化传热壳体和安装在强化传热壳体顶部的盖板；所述强化传热壳体为整体加工成型的异形结构，且所述强化传热壳体和盖板形成异形密闭空间，所述异形密闭空间内设有采用铝粉烧结成型的3d毛细芯。2.根据权利要求1所述的一种应用于相变蓄冷装置的3d均热板结构，其特征在于：所述强化传热壳体和盖板均采用铝合金材质。3.根据权利要求1所述的一种应用于相变蓄冷装置的3d均热板结构，其特征在于：所述强化传热壳体上安装有均热板工质充注管。4.根据权利要求1～3任意一项所述的应用于相变蓄冷装置的3d均热板结构的制作方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：(1)采用数控精密加工方式分别加工好盖板、强化传热壳体和均热板工质充注管；(2)将均热板工质充注管焊接在强化传热壳体上，得到壳体组件；(3)在强化传热壳体中填充直径为30-100微米的铝粉，得到填充有铝粉的壳体组件；(4)将填充有铝粉的壳体组件置于烧结炉中进行烧结，烧结温度控制在550-600℃，烧结时间为8-10小时，烧结完成后铝粉呈蜂窝状的3d毛细芯，并与强化传热壳体结合在一起，形成烧结好的壳体组件；(5)将烧结好的壳体组件与盖板装配好，采用工装进行限位、固定，然后置于钎焊炉中对烧结好的壳体组件和盖板进行焊接，形成3d均热板结构；(6)将焊接好的3d均热板结构进行抽真空，并在抽真空结束后通过均热板工质充注管向3d均热板结构中充入一定的工质，之后进行压接封口。

技术总结
本发明涉及一种应用于相变蓄冷装置的3D均热板结构及其制作方法。该均热板结构包括强化传热壳体和安装在强化传热壳体顶部的盖板。强化传热壳体是一个整体加工成型的异形结构，该异形结构的表面积大。强化传热壳体和盖板形成异形密闭空间，且该异形密闭空间内设有采用铝粉烧结成型的3D毛细芯。所述强化传热壳体侧面上设置有均热板工质充注管。由以上技术方案可知，本发明构建了一种新的基于铝粉结构烧结芯的整体式3D均热板强化传热结构，利用所述异形密闭空间内的工质气液相变实现强化传热，满足相变蓄冷装置的快速传热需求和热源器件的温度控制需求。温度控制需求。温度控制需求。


技术研发人员：于世杰 陈建辉 张忠政 郭辉 陈维兵 何世安 朱魁章
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十六研究所
技术研发日：2022.03.21
技术公布日：2022/5/25